Les mouches soldats noires sont une bonne source de produits chimiques pour fabriquer des bioplastiques. Crédit : Cassidy Tibbetts
Imaginez utiliser des insectes pour extraire des produits chimiques afin de créer des plastiques biodégradables, qui peuvent ensuite être décomposés par ces mêmes insectes. Cette idée n’est pas aussi farfelue qu’elle en a l’air. Les scientifiques ont récemment discuté de leurs avancées, notamment de l’extraction et du raffinement de ces produits chimiques provenant des insectes, ainsi que de leur transformation en bioplastiques efficaces.
Les chercheurs ont présenté leurs résultats lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS). ACS Fall 2023 est une réunion hybride qui se tient virtuellement et en personne du 13 au 17 août et propose environ 12 000 présentations sur un large éventail de sujets scientifiques.
« Depuis 20 ans, mon groupe développe des méthodes pour transformer des produits naturels – tels que le glucose obtenu à partir de la canne à sucre ou des arbres – en polymères dégradables et digestibles qui ne persistent pas dans l’environnement », explique Karen Wooley, Ph.D., le chercheur principal du projet. « Mais ces produits naturels sont récoltés à partir de ressources qui sont également utilisées pour l’alimentation, le carburant, la construction et le transport. »
Wooley a donc commencé à rechercher des sources alternatives qui n’auraient pas ces applications concurrentes. Son collègue Jeffery Tomberlin, Ph.D., a suggéré qu’elle pourrait utiliser les déchets issus de l’élevage de mouches soldats noires, une industrie en expansion qu’il a contribué à développer.
Les larves de ces mouches contiennent de nombreuses protéines et autres composés nutritifs, de sorte que les insectes immatures sont de plus en plus élevés pour l’alimentation animale et la consommation de déchets. Cependant, les adultes ont une courte durée de vie une fois leurs jours de reproduction terminés et sont ensuite rejetés. À la suggestion de Tomberlin, ces carcasses adultes sont devenues la nouvelle matière première de l’équipe de Wooley. «Nous prenons quelque chose qui est littéralement un déchet et en faisons quelque chose d’utile», explique Cassidy Tibbetts, une étudiante diplômée travaillant sur le projet dans le laboratoire de Wooley à la Texas A&M University.
Lorsque Tibbetts a examiné les mouches mortes, elle a déterminé que la chitine en était un composant majeur. Ce polymère non toxique et biodégradable à base de sucre renforce la coquille, ou exosquelette, des insectes et des crustacés. Les fabricants extraient déjà la chitine des carapaces de crevettes et de crabes pour diverses applications, et Tibbetts applique des techniques similaires en utilisant des rinçages à l’éthanol, une déminéralisation acide, une déprotéinisation basique et une décoloration à l’eau de Javel pour l’extraire et la purifier des carcasses d’insectes. Elle dit que sa poudre de chitine provenant de mouches est probablement plus pure car elle n’a pas la couleur jaunâtre et la texture grumeleuse du produit traditionnel. Elle note également que l’obtention de chitine à partir de mouches pourrait éviter d’éventuelles inquiétudes concernant certaines allergies aux fruits de mer. Certains autres chercheurs isolent la chitine ou les protéines des larves de mouches, mais Wooley affirme que son équipe est la première à sa connaissance à utiliser la chitine des mouches adultes rejetées, qui, contrairement aux larves, ne sont pas utilisées pour se nourrir.
Tandis que Tibbetts continue de perfectionner ses techniques d’extraction, Hongming Guo, un autre étudiant diplômé du laboratoire de Wooley, convertit la chitine de mouche purifiée en un polymère similaire connu sous le nom de chitosane. Pour ce faire, il élimine les groupes acétyle de la chitine. Cela expose des groupes aminés chimiquement réactifs qui peuvent être fonctionnalisés puis réticulés. Ces étapes transforment le chitosane en bioplastiques utiles tels que les hydrogels superabsorbants, qui sont des réseaux polymères 3D qui absorbent l’eau.
Guo a produit un hydrogel capable d’absorber 47 fois son poids en eau en seulement une minute. Ce produit pourrait potentiellement être utilisé dans le sol des terres cultivées pour capter les eaux de crue, puis libérer lentement l’humidité lors des sécheresses ultérieures, explique Wooley. « Ici, au Texas, nous sommes constamment dans une situation d’inondation ou de sécheresse », explique-t-elle, « j’ai donc essayé de réfléchir à la façon dont nous pourrions fabriquer un hydrogel superabsorbant qui pourrait résoudre ce problème. » Et comme l’hydrogel est biodégradable, elle dit qu’il devrait progressivement libérer ses composants moléculaires sous forme de nutriments pour les cultures.
Cet été, l’équipe lance un projet visant à décomposer la chitine en ses glucosamines monomères. Ces petites molécules de sucre seront ensuite utilisées pour fabriquer des bioplastiques, comme les polycarbonates ou les polyuréthanes, traditionnellement fabriqués à partir de produits pétrochimiques. Les mouches soldats noires contiennent également de nombreux autres composés utiles que le groupe prévoit d’utiliser comme matières premières, notamment des protéines, ADNacides gras, lipides et vitamines.
Les produits fabriqués à partir de ces éléments chimiques sont destinés à se dégrader ou à digérer lorsqu’ils sont jetés, ils ne contribueront donc pas au problème actuel de pollution plastique. La vision de Wooley pour ce processus l’alignerait sur le concept d’économie circulaire et durable : « En fin de compte, nous aimerions que les insectes mangent les déchets plastiques comme source de nourriture, puis nous les récolterions à nouveau et collecterions leurs composants pour fabriquer de nouveaux plastiques. , » elle dit. « Ainsi, les insectes ne seraient pas seulement la source, mais ils consommer les plastiques jetés.
Réunion : ACS automne 2023
Les chercheurs reconnaissent le soutien et le financement de la Fondation Welch ainsi qu’un don privé.
